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CMIP6的高分辨率模式比较计划对台风活动的模拟和近期预估

  近年来极端的热带气旋频繁袭击西北太平洋沿海地区,例如2021年的超强台风“雷伊”和2022年的超强台风“轩岚诺”,给周边地区造成了严重的人员伤亡和经济损失。合理预估未来增暖情景下热带气旋的变化对相关地区的防灾减灾工作至关重要。为了得到对热带气旋活动更为合理的的预估,许多研究从不同的方向着手提高用气候模式模拟热带气旋活动的能力,包括提高模式的分辨率,改进热带气旋的识别算法,使用海气耦合试验取代海气非耦合试验。系统地评估模式的分辨率、热带气旋的识别算法和海洋耦合方案对热带气旋模拟的相对影响对热带气候活动模拟的改进方向具有重要的指导意义。另外,模式的分辨率、热带气旋的识别算法和海洋耦合类型的差异是热带气旋未来预估的不一致性的重要来源。因此,需要确定气候模式在不同的分辨率、热带气旋识别算法和海洋耦合类型下对热带气旋预估的一致性变化,得到可靠的未来预估。

  近日,中国科学院大气物理所季风系统研究中心汤玉莲博士、皇甫静亮副研究员、黄荣辉院士和陈文研究员以“基于CMIP6的高分辨率模式比较计划对西北太平洋热带气旋活动的模拟和预估”为题在《Journal of Climate》上撰文,指出:与低分辨率相比较,高分辨率在热带气旋的生成频率和累积气旋能量的季节循环和空间分布的模拟上均有较高的泰勒技巧评分。与TRACK识别算法相比,TempExt识别算法将更少的热带外气旋(冬季较为活跃)误判为热带气旋,因此TempExt在热带气旋季节循环的模拟上取得较高的泰勒评分技巧;但是,TempExt漏识别了更多的弱热带气旋,识别出了更短的热带气旋路径,因此TempExt在热带气旋空间分布的模拟上较低的泰勒评分技巧。与海气非耦合试验相比较,由于海气耦合试验能够模拟出热带气旋和海洋之间的相互作用,海气耦合试验在热带气旋的季节循环模拟上取得较高的泰勒评分技巧;但是,由于海气耦合试验的海温模拟偏差导致了热带气旋生成位置的东移,海气耦合试验在空间分布的模拟上取得了较低的泰勒评分技巧。在这三种因素中,模式分辨率的提高引起了对热带气旋时空分布模拟的最大的改善。
  课题组进一步研究了在SSP5–8.5情景下西北太平洋热带气旋活动的未来变化,指出:对于所有的热带气旋而言,在不同分辨率、热带气旋识别算法和海洋耦合类型下,多模式集合平均预估的热带气旋的生成频数和累积气旋能量都有所减少,其中高分辨率、TRACK识别算法和海气耦合试验表现出更大减少幅度。对于强热带气旋而言,在两种算法、高分辨率的海气耦合试验下,多模式集合平均预估热带气旋的生成频数和累积气旋能量增加。此外,热带气旋的路径密度和累积气旋能量在耦合试验中表现出比非耦合试验中更大的向北迁移,这与西北太平洋北部显著的海表增温相一致。随着热带气旋活动的北移,未来华北地区将会受到更多的台风灾害。
  本研究受到国家自然科学基金项目(41721004)和中国科学院重点项目(Grant QYZDY-SSW-DQC024)的资助。
  引用:
  Tang, Y., J. Huangfu, R. Huang, and W. Chen, 2022: Simulation and Projection of Tropical Cyclone Activities over the Western North Pacific by CMIP6 HighResMIP. J. Climate, 35, 4171-4194, https://doi.org/10.1175/jcli-d-21-0760.1.
  
图1. 衡量热带气旋(a)生成频数、(b)路径密度和(c)累积气旋能量的多模式集合平均模拟的和观测的历史年循环之间相似性的指标,多模式集合平均模拟的和观测的空间型之间相似性的指标,以及多模式集合平均模拟的未来空间型和历史空间型之间相似性的指标。指标包括均值差(MBE)、相关性( R )、标准化标准差和泰勒评分技巧(S2)。Ave表示其上每列所有指标的平均值。
图2. (a)–(d)比较对热带气旋的累积气旋能量的未来预估(2020–50)和历史模拟(1950–80)的泰勒图。(e)–(l)对累积气旋能量的未来预估(黑色等值线)和历史模拟(灰色等值线)之间的空间分布的差异(填色)。斜线表示差异的正负得到了至少有75%的模式的同意,打点表示差异通过了置信水平为90%的显著性检验。
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